Termisk optikk | Nyttig å vite om termiske kikkerter

Termiske kameraer fungerer ved å fange opp infrarød stråling som sendes direkte fra objekter – ikke fra reflektert lys som vanlige kameraer. Denne teknologien gjør at kameraet kan detektere varmen fra mennesker, dyr og andre gjenstander, selv i totalt mørke. Fordi alle objekter avgir varme, er moderne IR-sensorer ekstremt følsomme. Et enkelt eksempel: hvis du legger hånden på et bord og fjerner den, vil kameraet umiddelbart vise et klart «varmetrykk» av hånden din på overflaten.

Det er viktig å forstå forskjellen mellom en vanlig nattkikkert og et termisk kamera. En nattkikkert benytter indirekte infrarød stråling – det vil si IR-lys fra verdensrommet, solen eller andre kilder som reflekteres fra objektet og tilbake til kikkerten. Et termisk kamera derimot fanger opp infrarød stråling som sendes direkte fra objektet selv. Dette gjør at termiske kameraer fungerer selv i miljøer hvor ingen ekstern stråling når inn – for eksempel i et helt lukket rom. Teknologien finnes også i hverdagslige produkter som bevegelsesdetektorer i hjemmet, hvor en enkel Fresnellinse brukes til å registrere varme. Avanserte målsøkende våpen som luftvernraketter utnytter også sofistikert IR-optikk kombinert med sterkt nedkjølte bildesensorer, ofte sammen med radar og laserteknikk.

Et termisk kamera er helt passivt – det sender ikke ut noen form for lys eller elektromagnetisk stråling. I stedet registrerer det ganske enkelt den naturlige kroppsvarmen som stråler fra dyr, mennesker og andre objekter rundt deg. Dette gjør teknologien både diskret og effektiv for observasjon uten å avsløre sin egen posisjon.

Infrarød stråling er elektromagnetisk stråling som alle andre, men med en viktig forskjell: bølgelengden er betydelig lengre enn synlig lys. Mens synlig lys strekker seg fra 450 til 750 nanometer, ligger IR-stråler i området 750 til 2500 nanometer. Denne lengre bølgelengden har praktiske fordeler – IR-strålene penetrerer lettere gjennom røyk og partikler, noe som gjør termiske kameraer verdifulle i brannscenarier. Du kan for eksempel oppdage et dyr eller en person gjemt i tett kratt med bare løvfrie kvister, fordi varmen fra kroppen slipper gjennom.

Det er viktig å forstå at du ikke ser gjennom et termisk kamera – du ser på en skjerm som gjenskaper et bilde basert på innkommende IR-stråler. Bildet som vises er en tolkning av varmesignaturene, ikke en direkte gjennomgang av hindringer.

Bildekvaliteten i et termisk kamera avhenger av tre kritiske komponenter som må fungere sammen harmonisk: objektivet, signalprosesseringen og displayet. Det nytter ikke å ha en utmerket komponent hvis de andre er middelmådige – det er som et orkester hvor hver musiker må spille sin rolle perfekt for at helheten skal bli god. Alle tre elementene må være optimalisert og arbeide sammen for å levere det beste mulige bildet og de beste bruksegenskapene.

Når du kjøper et termisk kamera, møter du ofte en lang liste med tekniske spesifikasjoner. Tallene og dataene kan virke imponerende, men de forteller bare halvparten av historien. Det som virkelig betyr noe, er hvordan alle disse elementene arbeider sammen for å skape et kamera som fungerer optimalt i praksis.

Tenk på det som et orkester. En fantastisk solist alene skaper ikke god musikk – det er samspillet mellom alle instrumentene som gjør forskjellen. På samme måte er det ikke bare én spesifikasjon som avgjør kvaliteten på et termisk kamera. Det er kombinasjonen av flere faktorer, og like viktig – hvordan de ulike komponentene samarbeider for å levere det beste mulige bildet og de beste bruksegenskapene.

Når du evaluerer et termisk kamera, er det derfor verdt å se forbi de enkelte tallene og spørre deg selv: Hvordan fungerer dette kameraet som en helhet? Hvilke egenskaper jobber sammen for å gi meg det jeg trenger? Det er denne holistiske tilnærmingen som vil hjelpe deg å velge riktig kamera for dine behov.

Objektiv

Objektivet er hjerte og sjel i et termisk kamera – dets oppgave er å fange opp og fokusere den infrarøde strålingen slik at den når IR-sensoren. De fleste håndholdte termiske kameraer på markedet i dag bruker manuell fokusering, noe som gir brukeren kontroll over bildekvaliteten.

En grunnleggende regel gjelder: større objektivdiameter betyr større deteksjonsavstand. Dette skyldes et enkelt fysisk prinsipp – linsens areal øker med kvadratet av radiusen. Et større linseareal fanger derfor betydelig mer varmestråling. For å illustrere: et 50 mm objektiv samler fire ganger så mye varmestråler som et 25 mm objektiv. I praksis oversetter dette seg til at deteksjonsavstanden for dyr som rev og rådyr øker med en faktor på 3–4.

Materialet i objektivet er også kritisk. Termiske kameraer bruker spesialiserte grunnstoffer som silisium (Si) eller germanium (Ge), ikke vanlig glass. Årsaken er enkel: ordinære objektiver reflekterer for mye av den infrarøde strålingen og lar den ikke passere gjennom. Med riktig design kan et IR-objektiv overføre opptil 100 prosent av den innfallende strålingen til sensoren. I tillegg kreves spesiell coating på objektivet – uten den vil IR-strålene reflekteres bort, på samme måte som lys reflekteres i en vanlig kikkert uten coating.

Et viktig poeng når du bruker et termisk kamera: synsfeltet er generelt mindre enn det du er vant til fra vanlig optikk. Dette betyr at du må panorere mer aktivt for å skanne området – det krever litt tilvenning sammenlignet med tradisjonelle kikkerter.

Når det gjelder forstørrelse, er det lite å tjene på å gå for høye verdier. Stor forstørrelse forverrer raskt synsopplevelsen og gjør det vanskeligere å orientere seg. Noen termiske kameraer tilbyr digital zoom, som fungerer på samme måte som i vanlige digitalkameraer. Dette kan være nyttig for å få mer detaljer – for eksempel når du skal studere gevir eller andre små detaljer. Ulempen er at bildet blir mer kornete når du zoomer digitalt. Avansert bildeprosessering, som såkalte «Image Boost»-funksjoner, kan dempe denne effekten noe, men det er en kompromiss som er verdt å være klar over.

Sensor

Akkurat som i et vanlig digitalkamera må lyset fra objektivet registreres på en sensormatrise med individuelle piksler. I de fleste håndholdte termiske kameraer finner du en sensor kalt mikrobolometer – en spesialisert CMOS-brikke som er optimalisert for infrarød stråling. I motsetning til vanlige CCD/CMOS-brikker i fotografikameraer, som er designet for å være ufølsomme for IR-lys, er mikrobolometeret nettopp konstruert for å fange det opp. Det er robust, rimelig, krever ikke kjøling, og har lang levetid.

Mikrobolometeret består av mange komponenter, og antall piksler bestemmer kameraets oppløsning. Et kamera med høy pikselantall samler mer informasjon og gir flere detaljer i bildet. Men det er ikke bare antallet piksler som spiller en rolle – størrelsen på pikslene er også kritisk. En mindre pikselstørrelse kan gi bedre bildekvalitet under visse forhold.

De siste årene har sensorteknologien utviklet seg raskt. Markedet tilbyr nå sensorer med flere piksler og mindre pikselstørrelser enn før. Dette betyr at selv håndholdte termiske kameraer nå kan levere betydelig bedre bildekvalitet og detaljrikdom enn tidligere generasjoner.

La oss se på de mest brukte sensorene som finnes i Pulsars produkter i dag. Når du ser en sensorbetegnelse, består den av flere deler: de to første bokstavene er Pulsars egen klassifisering, deretter kommer antall piksler i bredden og høyden på sensoren, og til slutt pikselstørrelsen målt i mikrometer.

• XM 320 × 240 µ12  
• XQ 384 x 288 µ17
• XP 640 x 480 µ17
• XG 640 x 480 µ12
• XL 1024×768 µ12

En annen viktig spesifikasjon er oppfriskningsfrekvensen, ofte angitt i Hertz – for eksempel 50 Hz. Dette forteller hvor mange ganger per sekund kameraet oppdaterer bildet. Med en frekvens på 50 Hz oppdateres bildet 50 ganger i sekundet, noe som sikrer at kameraet ikke virker tregt eller forsinket når du panorerer rundt.

Et par generelle regler:

• Desto flere piksler sensoren har, desto mer følsom blir den for infrarød stråling, og desto bedre blir bildedetaljene og kontrastene.

• Når pikselstørrelsen blir mindre, kan pikslene plasseres tettere sammen på sensoren. Dette betyr flere piksler per flateenhet, noe som resulterer i høyere oppløsning og mer detaljerte bilder. Imidlertid har små piksler en ulempe: de er iboende mindre følsomme for infrarød stråling og produserer derfor litt mer temperaturstøy i bildet.
  

NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) 

NETD – støyekvivalent temperaturforskjell – er en nøkkelspesifikasjon hvor lavere verdier alltid er bedre. Dette tallet beskriver hvor termisk følsom sensoren er, og måles i mK (milliKelvin). Det forteller deg den minste temperaturforskjellen som kameraet kan registrere. Enkelt sagt: når sensoren produserer mindre støy, kan kameraet oppdage enda mindre temperaturvariasjoner i omgivelsene.

Pulsars tidligere modeller, og mange av dagens standardmodeller, har en NETD på 50 mK. Senere kom sensorer med forbedret 40 mK. De nyeste toppmodellene oppnår NETD-verdier på 25 mK eller lavere – disse kameraene har gjerne «Pro» i navnet sitt og representerer toppen av dagens teknologi.

Prosessering

Bildesensoren leses av som en matrise – akkurat som i vanlige CCD/CMOS-brikker – ideelt sett 50 ganger per sekund. Deretter må signalene behandles for å skille støy fra de faktiske, meningsfulle signalene. Dette krever sofistikerte algoritmer som kontinuerlig forbedres. Pulsars «Image Boost»-funksjon er et godt eksempel – den øker kontrasten betydelig og gir et skarpere bilde. Men husk: selv de beste prosessorer kan ikke gjøre mirakler. Det er derfor avgjørende å ha best mulig optikk og sensor fra starten av. Når sensordata er behandlet, sendes det ferdige bildet til en skjerm – enten innebygd eller ekstern.

Bakgrunnsjustering

Denne prosessorfunksjonen er trolig den viktigste av alle, og den bør enten kunne aktiveres raskt manuelt med ett tastetrykk eller fungere automatisk. Funksjonen justerer balansen mellom støy og signal basert på terrenget du observerer – tenk på det som eksponeringskontrollen på et fotografiapparat. På noen kameraer kan du oppleve at denne justeringen driver litt i løpet av ett til to minutter, noe som krever ny kalibrering. Dyrere modeller har mindre drift og mindre behov for gjentatt justering. Moderne algoritmer blir stadig raskere og mer stabile.

Displayet

• LCD   Liquid Crystal display – flytende-krystall-skjerm 
• LCOS Liquid Crystal on Silicon – flytende krystaller på silikon
• LED   Light-emitting Diode – lys diode 
• OLED Organic Light-emitting Diode – organisk lysdiode

AMOLED – Active Matrix Organic Light Emitting Diodes – er en avansert displayteknologi som tilbyr opptil åtte fargepaletter optimalisert for ulike oppgaver. Pulsar Axion XQ er et eksempel på dette. Du kan velge mellom paletter som sepia for maksimal deteksjonsavstand, eller ultramarine for å se temperaturnyansene på objektet. «Hot-white» gir utmerket deteksjon på lang avstand og var tidligere standarden, mens «hot-black» viser mer av dyrets omriss og detaljer. «Hot-red» er ideelt for å bevare nattsynet. Når du velger display, bør du vurdere dine praktiske behov opp mot ønsket om fargevalg. Husk at fargene alltid er basert på varmesignaturen – svart/hvitt og gråtoner fungerer helt fint, men et valgbart rødt palett kan være praktisk.

Pulsar bruker LCOS-display kun på de to rimeligste Axion-modellene. Det er et rimelig og funksjonelt display, men har en ulempe: krystallene blir tregere når temperaturen synker, noe som gjør displayet mindre responsivt. LCOS-display fungerer normalt ned til omkring minus 10 grader. AMOLED-displayet som Pulsar bruker i de fleste produktene, tåler ned til minus 25 grader – en betydelig fordel i kaldt vær. Generelt gjelder det at dyrere display tilbyr flere fargevalg for ulike temperaturnivåer, bedre oppløsning og bedre gråtoneskala.

Okularet

Okularets rolle er å sikre at du ser displayet på riktig måte. Noen termiske kameraer har ikke okular – bildet vises i stedet direkte på en større ekstern skjerm, akkurat som på videokameraer eller digitalkameraer. Dette fungerer bra for tekniske anvendelser som dokumentasjon av varmetap i bygninger eller søk etter mennesker. For jegere og observatører av ville dyr er det imidlertid upraktisk, fordi en ekstern skjerm avgir lys som kan avsløre posisjonen din. I tillegg forbruker en ekstern skjerm betydelig mer strøm. Batteriene varer vesentlig lenger når du bruker en innebygd skjerm med okular.

Utganger

Mange termiske kameraer har en utgang for tilkobling av ekstern videoopptaker. De dyrere modellene tilbyr imidlertid innebygd opptaks- og lagringsfunksjonalitet, noe som er langt mer praktisk når du er ute i mørke og kulde.

Praktisk bruk – oppstartstid & Batterier

Oppstarttiden er en viktig praktisk faktor. I eldre kameraer var denne lang, men moderne modeller starter betydelig raskere. Oppstarttiden er blant annet knyttet til sensorstabilisering. Et termisk kamera bruker vesentlig mer strøm enn en nattkikert, så batterikvalitet og enkelt batteribytting er egenskaper som blir svært verdifulle i praksis. Når du planlegger lengre turer, bør du ta med ekstra oppladbare batterier – som de som brukes i Pulsar Axion-serien. Du vil også sette pris på USB-ladeinngang, som lar deg lade kameraet fra en vanlig powerbank.

Litt om Bruksområder – brukererfaring

Termiske kameraer har mange praktiske anvendelser. De brukes til å finne mennesker i terreng – typisk fra helikopter eller fly – eller til å lokalisere personer i sjøen. De kan også finne mennesker i brannområder og hus, da de i noen grad ser gjennom røyk, tynne stoffer og teltvegger. Innen jakt og viltstell er de uvurderlige, og de brukes også til å oppdage varmelekkasjepunkter i husets isolasjon eller til å identifisere personer med forhøyet kroppstemperatur.

For jakt og viltstell fungerer termiske kameraer best om natten eller tidlig på morgenen, når varme objekter som steiner har avkjølt seg. Dagbruk er mulig i overskyet vær, men ikke i direkte sollys, da solen varmer opp for mange objekter og skaper støy. Ved reinsdyrjakt kan du i gråvær oppdage dyr på 1–1,5 km med et 50 mm objektiv, og under optimale forhold – tørr luft – kan rekkevidden være enda større. Regn og snø reduserer imidlertid rekkevidden betydelig.

Det er viktig å skille mellom deteksjon – å oppdage noe på maksimal avstand – og identifikasjon, som krever mye kortere avstand. Når du bruker IR-kikkertsikter, bør skuddavstanden begrenses til maksimalt 80–120 meter. Forstørrelsen og oppløsningen er begrenset sammenlignet med en topptier optisk kikkert i dagslys, noe som kan gjøre det vanskelig å bestemme kjønn på hjortedyr på større avstander. Poenget med nattjakt er nettopp å sikre kontrollerte skudd på kortest mulig hold på rolige dyr.

Husk at termiske kameraer gir dårlig oppfatning av avstand og dybde i terrenget. IR-bildet avviker alltid fra normale optiske bilder – for eksempel virker rådyr å ha kortere bein fordi tynne bein avgir lite varme. Kameraet ser inn i busker og kratt, men det er viktig å huske at små pinner og kvister kan være mindre synlige i IR-bildet, selv om de kan forårsake betydelig kulebaneav­vik.

Mange erfarne brukere prioriterer å investere i større objektivdiameter og bedre bildebrikke fremfor fargedisplay, selv om sistnevnte er flott å se på. Fargepalettene i for eksempel Pulsar Axion XQ bidrar imidlertid til bedre deteksjon og synsopplevelse. For jakt og viltstell i skogsterreng er et 25–30 mm objektiv ofte tilstrekkelig – det er rimeligere, kameraet blir mindre og lettere, og du får større synsvinkel. Du vil fortsatt oppdage rådyr og rev helt greit ut til 300–700 meter. Reinsdyrjegere bør vurdere et større objektiv, for eksempel 40–50 mm.